DE10057657A1 - Elektrische Leitung - Google Patents
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Abstract
Bei einer elektrischen Leitung mit einer den metallischen Leiter umschließenden gesinterten Isolierung aus einer oder mehreren Lagen eines in den Kantenbereichen überlappenden ungesinterten Wickelbandes (3) auf Basis von Polytetrafluorethylen mit einer plankonvexen Querschnittsform sind zwischen Leiter (1) und Isolierung eine oder mehrere Lagen eines Wickelbandes (2) aus einem Polyimid vorgesehen, dessen der Isolierung zugekehrte oberste Bandlage mit der dem Leiter (1) zugekehrten Bandlage des Wickelbandes (3) der Isolierung auf Basis von Polytetrafluorethylen kraftschlüssig verbunden ist (Fig.).
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Leitung mit einer den
metallischen Leiter umschließenden gesinterten Isolierung aus einer oder mehreren
Lagen eines in den Kantenbereichen überlappenden ungesinterten Wickelbandes
auf Basis Polytetrafluorethylen. Dieses Wickelband weist eine plankonvexe
Querschnittsform auf, die bestimmt ist durch eine gekrümmte obere und eine gerade
untere Begrenzungslinie.
Eine solche elektrische Leitung oder ein solches Kabel ist bereits aus der
DE-PS 32 14 447 bekannt. Durch die Verwendung eines ungesinterten
Wickelbandes zur Herstellung der Isolierung in der angegebenen Querschnittsform
und das an den Wickelprozeß anschließende Sintern des Polytetrafluorethylens
entsteht eine kompakte, spaltenfreie Isolierhülle mit extrem glatter äußerer
Oberfläche, wie sie bisher nur durch ein Extrusionsverfahren möglich ist. Ebenso
wie bei extrudierten Isolierhüllen bietet die bekannte Leitung mit einer Isolierung aus
einem Wickelband an deren Oberfläche keine Angriffspunkte für mechanische
Kräfte, die zu einem Aufreißen der Isolierung führen könnten.
Es gibt jedoch Anwendungsfälle, beispielsweise im Flugzeug- oder Satellitenbau,
wo neuerdings Forderungen hinsichtlich mechanischer Festigkeit und gleichzeitiger
elektrischer Spannungsfestigkeit gestellt werden, die die bekannte Isolierung ohne
weiteres zu erfüllen nicht in der Lage ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Kabel oder die
bekannte Leitung so zu ertüchtigen, daß sie bei gleichbleibender Kompaktheit der
Isolierung und geschlossener glatter äußerer Oberfläche auch den Anforderungen
nach hoher mechanischer Festigkeit und elektrischer Spannungsfestigkeit genügt.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß zwischen
elektrischem Leiter und Isolierung eine oder mehrere Lagen eines Wickelbandes
aus Polyimid angeordnet sind, wobei die der Isolierung zugekehrte oberste
Bandlage dieses Wickelbandes mit der dem Leiter zugekehrten Bandlage des
Wickelbandes auf Basis Polytetrafluorethylen kraftschlüssig verbunden ist. Solche
Kabel oder Leitungen genügen auch den höchsten Anforderungen hinsichtlich
mechanischer Festigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen aggressive Medien und
elektrischer Spannungsfestigkeit.
Durch die erfindungsgemäße Kombination einer oder mehrerer Wickellagen eines
Polyimidbandes oder einer entsprechenden Folie und einer oder mehrerer diese
überdeckende Wickellagen eines Bandes auf Basis Polytetrafluorethylen in der
angeführten plankonvexen Querschnittsform als Leiterisolierung ergibt sich darüber
hinaus der Vorteil einer lichtbogenfesten Isolierung hoher Glimmbeständigkeit. Dies
ist bedingt durch die geschlossene glatte Oberfläche der äußersten Bandlagen auf
Basis Polytetrafluorethylen und deren Widerstandsfähigkeit gegen äußere
mechanische Kräfte. So verhindert die hohe Abriebfestigkeit des
Polytetrafluorethylens Beschädigungen der glatten, in sich geschlossenen
Oberfläche z. B. beim Einziehen solcher Leitungen in Kabelführungsrohre oder beim
Verlegen, beim Herstellen von Kabelbäumen großer Länge, wie sie z. B. im
Flugzeugbau üblich sind, beim Herumführen um Kanten oder Ecken aus
Blechmaterial und dergleichen.
Aber auch das einfache Kennzeichnen der Leitungen, z. B. durch Einprägen von
Unterscheidungsmerkmalen, führt nicht zu Verletzungen der Oberfläche der
erfindungsgemäßen Isolierung. Solche Verletzungen können nämlich leicht im
Zusammenspiel mit Schmutz- oder Staubteilchen, Wasser oder Ölen, also
Schmierfilmen auf der Isolieroberfläche, während des Betriebes zu
Glimmentladungen und damit letztendlich zu Kurzschlüssen im Leitungsbereich
führen.
So trägt die Polytetrafluorkomponente in der erfindungsgemäßen Ausführungsform
entscheidend zur Lichtbogenfestigkeit und Glimmbeständigkeit solcher Kabel und
Leitungen bei. Das umso mehr, als gerade das zur Erhöhung der elektrischen
Spannunsfestigkeit und mechanischen Festigkeit erfindungsgemäß verwendete
Polyimid-Wickelband den Anforderungen hinsichtlich Lichtbogenfestigkeit und
Glimmbeständigkeit nicht genügt.
Aus diesem Grunde kann man in Durchführung der Erfindung auch so vorgehen,
daß, unter der Voraussetzung gleicher äußerer Abmessungen der Leitung, die
Anzahl der Wickellagen des Polyimidbandes z. B. zur Erhöhung der elektrischen
Spannungsfestigkeit erhöht, dagegen die Anzahl der Wickellagen des Bandes auf
Basis Polytetrafluorethylen soweit reduziert wird, daß dieses Band lediglich noch als
Schutzüberzug zur Vermeidung von Schäden durch Lichtbogenangriffe oder
Glimmentladungen anzusehen ist.
Umgekehrt kann bei geforderter niedriger Spannungsfestigkeit die Wanddicke der
Gesamtisolierung reduziert werden, das führt zu einer Platz- und Gewichtsersparnis,
ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Leitung dann, wenn
sie, wie bereits erwähnt, für den Flugzeug- oder Satellitenbau zum Einsatz kommt.
Von Vorteil ist es, die kraftschlüssige Verbindung zur Herstellung einer weitgehend
kompakten Isolierung durch eine Verschweißung oder Verklebung der jeweils
aneinander grenzenden Bandtagen durchzuführen. Da die Temperaturbeständigkeit
der erfindungsgemäßen Leitung ein weiteres Erfordernis darstellt, hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, für diese Zwecke Fluorpolymere zu verwenden, insbesondere
auch mit Rücksicht auf das an das Polyimid im Schichtenaufbau angrenzende
Polytetrafluorethylen. Geeignete Fluorpolymere sind aus der Schmelze
verarbeitbare, wie beispielsweise das Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen
Copolymer (FEP), das Perfluoralkoxy-Polymer (PFA), oder auch das
Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether Copolymerisat (TFA/PFA), wobei dem
erstgenannten der Vorzug zu geben ist.
Auch andere bekannte Fluorpolymere, die aus der Schmelze verarbeitbar sind, wie
das Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder das Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) können
mitunter eine vorteilhafte Anwendung finden.
Die genannten Materialien können auf die oberste Wickeltage des Polyimidbandes
extrudiert sein, es ist aber auch möglich, diese Fluorpolymerkomponente bereits auf
das Wickelband selbst aufzubringen, d. h. ein mit dem Fluorpolymer als Kleber
kaschiertes Polyimidband einzusetzen.
Eine andere vorteilhafte Variante ist die, aus der Schmelze nicht verarbeitbare
Fluorpolymere als Bindemittel zwischen der Polyimidbewicklung und der aus einem
Polytetrafluorethylenband zu verwenden. Zu diesem Zweck wird beispielsweise das
Polytetrafluorethylen selbst oder ein mit höchstens 2 Gew.-% Fluormonomeren
modifiziertes Polytetrafluorethylen in Pulverform verwendet. Dieses Polymerpulver,
auf die Polyimidbewicklung aufgebracht oder auf das Polyimidband selbst in
kaschierter Form, schmilzt bei der Sintertemperatur für das Wickelband aus
Polytetrafluorethylen auf und sorgt so für eine kraftschlüssige Verbindung zwischen
den Wickellagen aus den unterschiedlichen Polymermaterialien.
Die maximale Dicke des plankonvexen Wickelbandes, d. h. die Dicke im verstärkten
mittleren Bereich des linsenförmigen Querschnitts, liegt vorteilhaft zwischen 15 bis
100 µm, bei gleichzeitiger Dicke des Bandkantenbereiches von 5 µm und weniger,
d. h. auf 0 hin auslaufend. Diese Werte machen deutlich, daß die die
Polyimidbewicklung überdeckende Wickellage aus Polytetrafluorethylen bei Bedarf
lediglich als Schutzüberzug mit den vom Material und der Bandquerschnittsform her
vorgegebenen Vorteilen, hohe Abriebfestigkeit, kompakte geschlossene und nach
außen glatte Oberfläche, verwendet werden kann. Die vorteilhafte Breite des
plankonvexen Wickelbandes liegt zwischen 3 und 50 mm, vorzugsweise zwischen 5
und 25 mm, je nach Leiterdurchmesser.
Die Erfindung sei an Hand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
Der metallische Leiter 1 der erfindungsgemäßen Leitung kann massiv ausgebildet
sein, in der dargestellten Form besteht er als sogenannter Litzenleiter zur Erhöhung
der Flexibilität der Leitung aus z. B. blanken, verzinnten, versilberten oder
vernickelten Kupferdrähten oder aus solchen aus einer Kupferlegierung. Unmittelbar
auf den Litzenleiter aufgewickelt sind eine oder mehrere Lagen des Polyimidbandes
2. Zur kraftschlüssigen Verbindung dieser Wickellage mit der aus dem
Polytetrafluorethylenband 3 dient die Zwischenschicht 4 aus einem Fluorpolymer,
beispielsweise ein Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen Copolymer (FEP) oder ein
zunächst in Pulverform aufgebrachtes und anschließend gesintertes
Polytetrafluorethylen (PTFE). Die Bezeichnung "Polytetrafluorethylen" schließt hier,
wie oben auch, Tetrafluorethylen-Polymere ein, die mit modifizierenden Zusätzen
versehen sind, jedoch in einer solchen Menge, daß das Polymere, wie das PTFE
selbst, aus der Schmelze nicht verarbeitbar ist.
Insbesondere im Hinblick auf die Vereinfachung des Herstellungsverfahrens und die
geforderte Minimierung der äußeren Leitungsabmessungen, hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, mit der Zwischenschicht 4 bereits kaschierte Bänder oder
Folien auf Polyimidbasis einzusetzen. Solche kaschierten Polyimidbänder sind z. B.
unter dem Handelsnamen OASIS der Firma Du Pont im Markt erhältlich.
Das Polyimidband 2 dient der Erhöhung der elektrischen Spannungsfestigkeit dieser
Leitung sowie deren mechanischer Festigkeit, während die aus dem PTFE Band 3
mit der speziellen Querschnittsform bestehende ein- oder mehrlagige Bewicklung
die für solche Leitungen geforderte hohe Abriebfestigkeit, Temperaturbeständigkeit
und Lichtbogenfestigkeit gewährleistet. Wesentlich für die gewählten Bewicklungen
ist die Überlappung der jeweiligen Bandkanten, das ist insbesondere die
Voraussetzung für die geschlossene, außen glatte Umfläche der aus dem
Polytetrafluorethylenband 3 gebildeten Hülle. Denn durch die Verwendung eines
ungesinterten PTFE-Bandes 3 in der Querschnittsform mit einem verstärkten
mittleren Bereich und zu den Bandkanten hin in der Dicke gegen Null abfallenden
Kantenbereichen ergibt sich nach dem Wickelvorgang und der anschließenden
Temperaturbehandlung (Sinterung) durch das Verschweißen der Bandkanten eine
kompakte, weitgehend homogen Hülle mit glatter Oberfläche. Hochstehende
Bandkanten als Angriffsflächen für äußere mechanische Kräfte sind vermieden,
auch Markierungen, selbst Prägungen an der Oberfläche sind problemlos
durchführbar, ohne daß im Betrieb unter den dann herrschenden Bedingungen, wie
aggressive Medien, Feuchtigkeit, Schmutz, etc., Glimmentladungen und die
Entstehung von Lichtbögen zu befürchten sind.
Claims (9)
1. Elektrische Leitung mit einer den metallischen Leiter umschließenden
gesinterten Isolierung aus einer oder mehreren Lagen eines in den
Kantenbereichen überlappenden ungesinterten Wickelbandes auf Basis
Polytetrafluorethylen, das eine plankonvexe Querschnittsform aufweist, die
bestimmt ist durch eine gekrümmte obere und eine gerade untere
Begrenzungslinie, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Lagen eines
zwischen Leiter und Isolierung angeordneten Wickelbandes aus einem Polyimid,
dessen der Isolierung zugekehrte oberste Bandlage mit der dem Leiter
zugekehrten Bandlage des Wickelbandes auf Basis Polytetrafluorethylen
kraftschlüssig verbunden ist.
2. Elektrische Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
kraftschlüssige Verbindung durch eine Verschweißung oder Verklebung der
jeweils aneinandergrenzenden Bandlagen erreicht ist.
3. Elektrische Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur
kraftschlüssigen Verbindung der jeweils aneinandergrenzenden Bandlagen ein
Fluorpolymer dient.
4. Elektrische Leitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Fluorpolymer aus der Schmelze verarbeitbar ist.
5. Elektrische Leitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Fluorpolymer aus der Schmelze nicht verarbeitbar ist.
6. Elektrische Leitung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das
Wickelband der Isolierung aus einem mit höchstens 2 Gew.-% Fluormonomeren
modifizierten Polytetrafluorethylen besteht.
7. Elektrische Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
maximale Dicke des plankonvexen Wickelbandes 10 bis 100 µm beträgt.
6. Elektrische Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite
des plankonvexen Wickelbandes 3 bis 50 mm, vorzugsweise 5 bis 25 mm
beträgt.
9. Elektrische Leitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch
gekennzeichnet, daß das Wickelband aus Polyimid mit einem Fluorpolymer
beschichtet ist.
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